Tipi di sensori di coppia della cremagliera dello sterzo EPC

Quanto sia importante avere non solo un meccanismo di sterzo funzionante, ma anche leggero, lo racconta una storia curiosa. Negli anni '70 del secolo scorso, quando l'URSS lasciò il Vietnam, lasciò in dono molte attrezzature, tra cui delle automobili. Gli autisti vietnamiti, stanchi della guerra e affamati, dovevano farsi aiutare: era molto difficile girare da soli il volante dei camion “ZISov” e “GAZ”. Tuttavia, il design del veicolo è in costante miglioramento. Oggi, il servosterzo idraulico ed elettrico aiuta a girare il volante.

Dispositivo EPS

A differenza degli assistenti dal vivo, non è necessario chiedere aiuto all'EPS né attivarlo con un pulsante. L'unità di controllo EPS sa sempre quanta forza applicare alla cremagliera: i dati sono forniti dal sensore di coppia dell'albero dello sterzo. Il suo altro nome è sensore di coppia ed è il principale dispositivo di misurazione del sistema di sterzo. In alcuni modelli può essere combinato con un sensore dell'angolo di sterzata, ma ciò non ne modifica la funzione di base.

Molto spesso il sensore di coppia è integrato nel piantone dello sterzo. L'albero dello sterzo e l'albero del pignone sono collegati tra loro da una torsione, ovvero un'asta con rigidità torsionale. Il principio di funzionamento del sensore si basa sulla misurazione dell'angolo di torsione, che è proporzionale alla coppia sul volante. Poiché questo angolo è molto piccolo, il campo di misura del sensore è solo di 4-5° per lato. Ciò richiede elevati requisiti sia in termini di precisione di misura del dispositivo che di affidabilità e qualità della sua fabbricazione.

Tipi di sensori

Esistono molte varianti di unità di servosterzo elettrico. Tra queste si distinguono diversi tipi di sensori di coppia. I principali sono:

A contatto (resistivi)

Il loro principio di funzionamento si basa sulla variazione della resistenza elettrica quando il sensore viene deformato dalla coppia. A tale scopo vengono utilizzati potenziometri o altri elementi con resistenza variabile. Grazie alla semplicità di progettazione e al basso costo, tali sensori di coppia (il più delle volte potenziometrici resistivi) sono stati utilizzati principalmente nei primi modelli di auto con cremagliere dello sterzo elettriche. Si tratta, ad esempio, delle prime generazioni di auto economiche popolari.

• Toyota Yaris
• Nissan Micra
• Chevrolet Spark
• Fiat Panda
• Peugeot 206
• Renault Clio

nonché le auto di fabbricazione russa. Con lo sviluppo della tecnologia, la maggior parte dei produttori di automobili è passata gradualmente a soluzioni senza contatto più moderne.

Sensori Hall

Il sensore di coppia senza contatto, basato su un effetto scoperto dal fisico Edwin Hall, è considerato il più comune. Essi sfruttano il fenomeno secondo cui in un conduttore o semiconduttore con corrente viene generata una tensione trasversale se si trova in un campo magnetico. Il magnete è montato sull'albero dello sterzo e il sensore rileva le variazioni del flusso magnetico quando viene applicata la coppia. Spesso, al fine di aumentare la sensibilità e migliorare l'affidabilità della misurazione, un sensore di coppia con resistenza allo sterzo contiene due sensori Hall.

Poiché questo tipo di sensore può essere facilmente integrato nei sistemi di sterzo senza aumentarne significativamente le dimensioni, è ampiamente utilizzato dai principali produttori di sistemi di sterzo come Bosch, ZF, Nexteer e JTEKT, nonché da Volkswagen, Renault, Toyota, Hyundai e molti altri marchi automobilistici. È ideale per veicoli tradizionali e di alta gamma, in quanto offre affidabilità e precisione in un design compatto ed economico.

Induttivi

Funzionano secondo un principio simile di variazione dell'induttanza, che provoca il movimento di un oggetto metallico. Utilizzano bobine di induttanza che creano un campo magnetico alternato. Ma a differenza dei sensori Hall, in cui le variazioni di angolo o di forza creano variazioni nel campo magnetico che vengono convertite in un segnale elettrico, in questo caso il segnale viene misurato in base alla risposta elettromagnetica. I sensori induttivi sono più resistenti alle forti vibrazioni e alle interferenze e sono meno influenzati dalla temperatura e dai campi elettromagnetici esterni.

Questi sensori di coppia sono più comunemente utilizzati nei veicoli di massa e di fascia economica, dove sono importanti il basso costo, l'affidabilità e la semplicità del design. Sono integrati nei sistemi di sterzo dai principali OEM automobilistici, quali:

• Bosch
• ZF
• TRW
• Nexteer
• Valeo
• Continental

Questa tecnologia è utilizzata attivamente nei sistemi delle automobili del gruppo PSA, nei sistemi di sterzo dei modelli di fascia economica della Volkswagen: Polo, SEAT Ibiza, Skoda Rapid, nei sistemi EPS economici per Toyota e altre marche giapponesi.

Magnetoresistivi

Il loro principio di funzionamento, come quello dei due tipi precedenti, è legato al campo magnetico, ma in questo caso utilizzano elementi magnetoresistivi a film sottile che rilevano le variazioni di resistenza al variare del campo magnetico. Ciò consente di misurare con maggiore precisione piccole variazioni di coppia. I sensori magnetoresistivi sono più compatti dei sensori induttivi o Hall e sono più sensibili e precisi.

I sistemi di sensori magnetoresistivi sono utilizzati sia nelle auto di massa che in quelle di alta gamma, in configurazioni di servosterzo elettrico (EPS) a colonna, a pignone e cremagliera e ad albero. Nello specifico, i veicoli VAG (Volkswagen, Audi, Skoda e SEAT) utilizzano sensori magnetoresistivi nei sistemi EPS sviluppati da Bosch e ZF. GM utilizza sensori magnetoresistivi nei sistemi di sterzo di propria progettazione (ad esempio, per la Chevrolet Malibu e la GMC Terrain) e nei sistemi forniti da Nexteer EPS. Altri produttori includono Toyota, Hyundai/Kia, BMW e Volvo Trucks.

Tensometrico

Utilizzano il principio della misurazione della deformazione meccanica tramite estensimetri (strain gauge), solitamente fissati all'albero dello sterzo. Quando viene applicata una coppia, l'albero si deforma, causando una variazione della resistenza elettrica degli estensimetri. Non sono influenzati dai campi magnetici, ma sono sensibili ai danni meccanici e possono essere influenzati dalla temperatura, dallo sporco e dalla corrosione. Allo stesso tempo, forniscono un'elevata linearità del segnale e sono generalmente molto precisi poiché misurano direttamente la deformazione meccanica.

Sono utilizzati in veicoli premium, sportivi e commerciali, nonché in sistemi di guida autonoma e ADAS. I principali produttori di componenti come ZF, Bosch e JTEKT integrano questi sensori nei loro sistemi di sterzo (Servotronic, Active Steering, Direct-Steer e altri) per ottenere un'elevata precisione e affidabilità.

Questi sensori sono utilizzati nei veicoli sportivi e commerciali di alta gamma, nonché nei sistemi di guida autonoma e ADAS.

Ottici

Questi utilizzano LED e fotosensori per rilevare l'angolo o la forza di una svolta. Rilevano la variazione dell'emissione luminosa al movimento delle parti meccaniche.

Tuttavia, i sensori di coppia ottici sono meno utilizzati nell'industria automobilistica rispetto ad altri tipi. Il motivo è che, nonostante la loro elevata precisione di misurazione, sono troppo sensibili allo sporco, alla polvere, all'umidità e ad altri fattori esterni. Il loro utilizzo è giustificato in alcune categorie di veicoli:.

• ibridi (Nissan Leaf e Toyota Prius delle prime generazioni);
• auto sportive (Porsche 911, Audi TT);
• auto autonome (Waymo (Google Car), primi prototipi Tesla);
• veicoli commerciali (autobus Volvo);

Oltre alla sensibilità, l'applicazione limitata di questo tipo di sensore è dovuta all'alto costo di produzione e manutenzione, nonché alla precisione comparabile con una minore vulnerabilità agli estensimetri e ai sensori Hall.

Riparazione e manutenzione dei sensori di coppia

I guasti dei sensori possono essere causati da:

• deformazione dell'albero dello sterzo o di altri componenti associati al sensore;
• danni ai cavi o ai connettori che collegano il sensore all'unità di controllo;
• guasti del software;
• fattori esterni: ingresso di acqua, sporco o corrosione dei contatti.

Tutti questi fattori possono causare malfunzionamenti del dispositivo, riconoscibili da una serie di sintomi:

1. Cambiamenti nel comportamento dell'EPS. Il volante può diventare troppo pesante o troppo leggero.
2. Rumori e vibrazioni. Quando si gira il volante sul posto o durante la guida possono verificarsi rumori estranei (ad es. ronzii o clic).
3. Perdita della forza di ritorno. Il volante potrebbe non tornare automaticamente in posizione centrale all'uscita da una curva.
4. Malfunzionamenti dei sistemi di assistenza alla guida. I sistemi che dipendono dal sensore di coppia (ad es. cruise control adattivo, mantenimento della corsia) potrebbero non funzionare correttamente o potrebbero essere disattivati.
5. L'icona a forma di volante sul quadro strumenti. Può essere gialla/arancione se il problema è di natura avvisiva, o rossa se ci sono problemi gravi nell'EPS. Su alcune auto in cui l'EPS è integrato nell'unità di controllo generale, si accenderà anche la spia Check Engine.

Questa indicazione è il segnale più sicuro che il conducente deve rivolgersi a un'officina specializzata per la diagnosi e la riparazione. Quando si collega lo scanner diagnostico, di solito vengono rilevati i seguenti errori:

• C1500 – Nessun segnale dal sensore di coppia.
• C1524 – Segnale errato dal sensore di coppia.
• U0126 – Perdita di comunicazione con il modulo dello sterzo.

Sebbene i produttori di automobili e componenti automobilistici consiglino spesso di sostituire il gruppo sterzo in caso di guasto del sensore di coppia, nella maggior parte dei casi ciò può essere evitato. Le officine specializzate, come STS, hanno una vasta esperienza nella ricostruzione di gruppi sterzo di qualsiasi complessità.

Per ripristinare la funzionalità del sensore di coppia è necessario smontarlo dalla cremagliera dello sterzo e smontarlo. Se l'ispezione mostra solo segni di usura sulle parti mobili, il sensore di coppia può essere rimontato e montato sulla cremagliera e quindi calibrato.

Ma se ciò non fosse sufficiente, non è comunque necessario acquistare un nuovo ricambio. Alla STS abbiamo sempre a magazzino cremagliere dello sterzo rigenerate e perfettamente funzionanti del nostro marchio per tutti i modelli di auto più diffusi. I nostri clienti ricevono un'unità riparata, che non è inferiore alla cremagliera di fabbrica e, in termini di ulteriore riparabilità, la supera addirittura, a un prezzo molto inferiore a quello di un pezzo nuovo.